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Canal de Isabel II Santa Engracia, 125. 28003 Madrid

Tirada: 300 ejemplares - Fecha de edición: 06/2010

www.cyi i .es

Técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior en la Comunidad de Madrid

14/6/10

CUADERNOS DE I+D+i

Cubierta11_AF2.pdf

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CUADERNOS DE I+D+i Técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior en la Comunidad de Madrid

11

© Canal de Isabel II - 2010 Autores: Charo Beamonte García Jesús Pimentel Conde Manuel Gómez Cristóbal Gabriel Herrero de Andrés Natalia Fernández Antón

Dirección del estudio: Juan Carlos Ibáñez Carranza

CU A DERNO S DE I + D+ i

Agradecimientos La base cartográfica para este trabajo ha contado con la aportación de imágenes cedidas por el Centro Regional de Información Cartográfica de la Comunidad de Madrid por lo cual manifestamos especial agradecimiento a D. Rafael Herrero García.

11 ISBN: 978-84-936445-9-8 M-27911-2010

Técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior en la Comunidad de Madrid

Las afirmaciones recogidas en el presente documento reflejan la opinión de los autores y no necesariamente la de Canal de Isabel II. Tanto Canal de Isabel II como los autores de este documento declinan todo tipo de responsabilidad sobrevenida por cualquier perjuicio que pueda derivarse a cualesquiera instituciones o personas que actúen confiadas en el contenido de este documento, o en las opiniones vertidas por sus autores.

E XC LU S I ÓN D E R E S P ON S ABI LI DA D

Los cuadernos de I+D+i de Canal de Isabel II forman parte de la estrategia de gestión del conocimiento de la Empresa y del desarrollo del Plan de Investigación, Desarrollo e Innovación. Son elemento de difusión de proyectos e iniciativas desarrollados y auspiciados desde Canal de Isabel II para la innovación en las áreas relacionadas con el servicio de agua en el entorno urbano.

P R E SEN TAC I ÓN

Exponen las diferentes problemáticas abordadas en cada proyecto junto con los resultados obtenidos. La intención al difundirlos mediante estas publicaciones es compartir las experiencias y conocimientos adquiridos con todo el sector de servicios de agua, con la Comunidad de Madrid científica y con cuantos desarrollan labores de investigación e innovación. La publicación de estos cuadernos pretende contribuir a la mejora y eficiencia de la gestión del agua y, en consecuencia, a la calidad del servicio prestado a los ciudadanos. Los cuadernos de I+D+i ya publicados son los que figuran en la presente tabla.

Nº Colección

Cuadernos de I+D+i publicados

1

Transferencias de derechos de agua entre demandas urbanas y agrarias. El caso de la Comunidad de Madrid

2

Identificación de rachas y tendencias hidrometeorológicas en el ámbito del sistema de Canal de Isabel II

3

Participación de Canal de Isabel II en el Proyecto Internacional de Eficiencia en la Gestión (IDMF)

4

Microcomponentes y factores explicativos del consumo doméstico de agua en la Comunidad de Madrid

5

El agua virtual y la huella hidrológica en la Comunidad de Madrid

6

Estudio de potenciales de ahorro de agua en usos residenciales de interior

7

Investigación sobre potenciales de eficiencia con el empleo de lavavajillas

8

Precisión de la medida de los consumos individuales de agua en la Comunidad de Madrid

9

Proyecto de investigación para la definición y evaluación de la aplicabilidad de un bioensayos para la determinación de la toxicidad del agua utilizando embriones de Pez Cebra

F I C HA T É C N IC A

Título del proyecto

Técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior en la Comunidad de Madrid.

Línea de investigación

Aseguramiento del equilibrio disponibilidades/demandas.

Unidades de Canal de Isabel II implicadas

Subdirección de I+D+i

Participación externa

TERRA XXI

Objeto y justificación del proyecto

Determinación de las demandas de agua por parte de instituciones públicas y usuarios privados para usos de exterior, y desarrollo de una metodología que permita el seguimiento y actualización periódica mediante el uso de las diversas fuentes de información disponibles.

Contribución al estado del arte

Aplicación de las técnicas más avanzadas de cartografía, teledetección y sistemas de información geográfica para el mantenimiento de una base de datos geográfica de usos de agua en exterior. Se ha realizado un inventario completo georreferenciado de parques, zonas verdes públicas y privadas, campos de golf, piscinas, estanques y fuentes ornamentales de toda la Comunidad de Madrid.

Resumen del desarrollo del proyecto e hitos relevantes

Se ha definido una metodología para la actualización de la información mediante el uso de cartografía digital, ortofotografías e imágenes multiespectrales de satélite. Estudio piloto de utilización de imágenes de satélite de alta resolución en el municipio de Rivas Vaciamadrid. Análisis del periodo de sequía 2004 - 2006 con imágenes de satélite de resolución media en todo el ámbito de la Comunidad de Madrid.

Resumen de resultados obtenidos

Líneas de investigación abiertas para la continuación de los trabajos

Se ha evaluado la demanda total de agua en usos de exterior urbanos en la Comunidad de Madrid en 188 hectómetros cúbicos anuales, de los que 70 corresponderían a usos de titularidad pública. En 2007 se han inventariado un total de 10.959 hectáreas de superficie de césped (incluyendo campos de golf) y 10.428 hectáreas de forestal; además, se han identificado 86.134 piscinas, con un volumen estimado de 6,9 hectómetros cúbicos. Las técnicas de teledetección ensayadas en este proyecto han mostrado su potencial para el seguimiento periódico de la consolidación del desarrollo urbanístico en la Comunidad de Madrid, determinante de la evolución futura de la demanda de agua. Utilización de nuevos sensores hiperespectrales (tecnología láser y otros) para la observación y modelización detallada del uso del territorio y el desarrollo de zonas urbanas.

Los trabajos que se exponen en este documento se enmarcan dentro de la línea de investigación de Aseguramiento del equilibrio disponibilidades/demandas del Plan de I+D+i de Canal de Isabel II. Su principal objetivo consiste en la evaluación de la utilización de agua en usos de exterior en el ámbito urbano dentro de la Comunidad de Madrid, y el establecimiento de una metodología para su periódica actualización. Los usos de agua en exterior se refieren principalmente al riego de parques y jardines, tanto públicos como privados; al llenado y mantenimiento de piscinas, estanques y fuentes ornamentales, y al baldeo y limpieza de las vías públicas. Se consideran también las zonas deportivas y particularmente los campos de golf, si bien éstos, en la Comunidad de Madrid no utilizan agua potable para el riego.

R E SU ME N E J E C U T I V O

El interés por la cuantificación del agua empleada en usos de exterior deriva no solamente de su importancia relativa, establecida en aproximadamente el 30 por ciento del suministro total en la región, sino también en el potencial de mejora de la eficiencia en su aplicación. Además, la mayor parte de estos usos podría atenderse con agua de inferior calidad (agua reciclada, no potable), por lo que la información sobre su cuantía y distribución temporal y geográfica es esencial para la implantación eficaz de un plan de utilización de agua regenerada. La metodología que aquí se expone se basa en diferentes técnicas de observación del territorio, empleadas para identificar las posibles zonas urbanas consumidoras de agua, ya sea para riego de zonas verdes, o para el llenado de estanques, piscinas y fuentes ornamentales. Para ello las técnicas de fotointerpretación y de análisis de imágenes de vuelos fotogramétricos, o las obtenidas por satélites de observación de la Tierra se han demostrado efectivas en la detección y medición de dichas zonas. Además, la disponibilidad de imágenes multiespectrales y la posibilidad de analizar las distintas bandas, permite obtener una información que no es posible apreciar mediante una simple observación visual.

Figura a. Técnicas de fotointerpretación y de análisis de imágenes de vuelos fotogramétricos

Figura b. Imagen obtenida por satélites de observación de la Tierra

Con estos trabajos se ha definido una metodología para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior, en función de las distintas fuentes de información disponibles. Dichas fuentes de información pueden ser cartografías topográficas, fotografías aéreas o imágenes de satélite, cada una de ellas con distinto grado de precisión o resolución espacial y diferentes periodos de actualización. Ensayando y comparando los diferentes métodos se ha podido atribuir un coeficiente de precisión o fiabilidad en dicha evaluación según sea la fuente de información y calidad de la misma. Se describen en detalle en este documento las metodologías utilizadas y los principales resultados obtenidos, los cuales han sido incorporados al sistema de información geográfico corporativo de Canal de Isabel II (GAUDY). Metodología general para la evaluación de la demanda con diferentes fuentes de información Se ha desarrollado y probado una metodología de evaluación de la demanda de agua para uso exterior, partiendo de los datos más actualizados y accesibles en cada momento (figura c).

Figura c. Procedimiento general de cálculo de la demanda de agua para uso exterior Búsqueda de fuentes de información disponibles Análisis coste / precisión de datos (Análisis alternativas)

Se presentan en este documento la experiencia y resultados de distintos proyectos realizados en esta área por Canal de Isabel II:

• Año 2003: creación de una base de datos geográfica conteniendo el inventario de piscinas y zonas verdes públicas y privadas de la región. Realizado mediante técnicas de sistemas de información geográficos (SIG) sobre cartografía digital a escala 1:5000, complementadas con fotointerpretación de las ortofotos aéreas del vuelo de 1999

• Año 2005: revisión de este inventario utilizando la cartografía de Geomadrid (escala 1:1000) y el vuelo fotogramétrico de 2003

Cartografía topográfica CAD ortofotografías

Adquisición de datos

Escenas de satélite

Conversión y proyección de información vectorial CAD a geográfica SIG

Normalización y tratamiento de datos

Correcciones geométricas y radiométricas

Selección de elementos en cartografías topográficas

Determinación y clasificación de recintos demandantes de agua para uso exterior

Determinación de zonas verdes por índice de vegetación (IVR)

Verificación y asignación de datos por fotointerpretación

Láminas de agua y máscaras por clasificación supervisada

Actualización de la base de datos de demanda de agua de uso exterior

• Año

2007: actualización de la información de zonas verdes y láminas de agua, mediante fotointerpretación de las imágenes del vuelo de 2006, realizando el mapa de cambios en relación con la cartografía de 2003

Cálculo de demandas de agua según superficie y tipo de recinto Generación de informes y mapas

• Años 2007 – 2008: proyecto de análisis de la viabilidad de utilización de imágenes de satélite para una

actualización más frecuente de la información, mediante técnicas de teledetección. Consistente en estos dos trabajos: - Estudio piloto realizado sobre el municipio de Rivas Vaciamadrid con imágenes satelitales de muy alta resolución (Quickbird) - Análisis sobre toda la Comunidad de Madrid, con imágenes de resolución media (SPOT5) para evaluar los efectos de la sequía de los años 2005 – 2006 sobre las zonas verdes, urbanas y no urbanas, mediante comparación de imágenes obtenidas en los veranos de estos años

El proceso se inicia con la selección de la información en función de su disponibilidad, precisión, grado de actualización y coste. Esta información bruta se transformará, mediante una serie de pasos automáticos, manuales o semiautomáticos cuyo objeto final es la delimitación y clasificación de áreas o recintos susceptibles de demanda de agua. La demanda potencial se calcula según la superficie del recinto y su tipología: zonas verdes de césped, arbolado, arbustivas, piscinas, estanques, etc. Esta información se incluye en el SIG, relacionándola con otros tipos de información geográfica: parcela catastral, municipio, distrito, barrio, punto de suministro de agua, etc.

Técnicas de fotointerpretación

Generación de recintos mediante índices de vegetación

En primer lugar se realiza la extracción de la cartografía digital, utilizando técnicas propias del SIG, de los recintos que ya se encuentran clasificados como susceptibles de ser demandantes de agua para uso exterior: zonas verdes, arbolado, piscinas, fuentes, estanques, etc.

El particular comportamiento radiométrico de la vegetación y su signatura espectral característica, con un claro contraste en la respuesta en la banda roja y el infrarrojo cercano, permite el cálculo automático de índices representativos del vigor vegetal de la cubierta observada.

Seguidamente, un equipo de operadores especialistas en fotointerpretación realiza un proceso de revisión visual de los recintos extraídos automáticamente comparándolos con las ortofotografías. En este proceso se asignan atributos no incluidos en cartografía, como porcentaje de césped en zonas verdes regadas, o una clasificación más detallada. Además, se corrigen los posibles errores que pudiera haber en la cartografía y se digitalizan los nuevos recintos.

Para este trabajo, se ha utilizado el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) calculado a partir de los valores de radiación reflejada roja e infrarroja. En base a este índice, calculado para cada píxel, en las imágenes de satélite se han podido definir recintos clasificados en tres categorías:

Proceso de imágenes de satélite En los trabajos reseñados se han utilizado imágenes procedentes de dos satélites diferentes y correspondientes a distintas fechas:

NDVI < 0,25: NDVI entre 0,25 y 0,50: NVDI > 0,50:

no hay vegetación vegetación con vigor vegetación con alto vigor

• Imágenes de alta resolución del satélite Quickbird, con precisión de 0,6 metros por píxel en banda pancromática y 2,4 metros por píxel en multiespectral, con 70 kilómetros cuadrados de cobertura, sobre el municipio de Rivas Vaciamadrid, y correspondientes a las fechas 29 de abril de 2002, 14 de mayo de 2004 y 05 de agosto de 2006

Dado que el índice así calculado no discrimina entre la vegetación espontánea que crece por ejemplo en solares desnudos, de la que ha recibido aporte de agua de riego, estos resultados han debido ser filtrados utilizando una máscara que delimita las manzanas cartográficas que, mediante un procedimiento de clasificación supervisada, han sido categorizadas como consolidadas, es decir donde existen construcciones de edificación o ajardinamiento.

• Imágenes de resolución media del satélite SPOT5, de 10 metros por píxel en las bandas G, R, NIR (verde,

Generación de recintos mediante clasificación supervisada

rojo e infrarrojo cercano) y 20 metros por píxel en MIR (infrarrojo medio), con cobertura sobre la práctica totalidad de la Comunidad de Madrid, y obtenidas en distintas fechas de 2005 y 2006, mayoritariamente en periodo de verano

Estas imágenes, antes de poder ser incorporadas al SIG, deben pasar por una serie de procesos que garanticen la comparabilidad entre las obtenidas en distintas fechas, y la consistencia con el resto de datos geográficos:

• Ortorrectificación: proyección de la imagen fotografiada, de acuerdo al sistema de coordenadas utilizado por el SIG. Como referencia horizontal se han utilizado las ortofotografías digitales más recientes, y para corregir los efectos del relieve, un modelo digital del terreno (MDT)

• Normalización relativa: para poder comparar imágenes obtenidas en distintas fechas es preciso realizar

correcciones atmosféricas y radiométricas para minimizar el efecto de factores externos al cambio, tales como distintas condiciones atmosféricas, de iluminación solar, etc.

• Fusión de imágenes: consiste en combinar de una forma coherente la información espectral de la imagen

multiespectral, con la espacial de la imagen pancromática, con objeto de que la calidad global (espacialespectral) de la imagen fusionada sea muy alta

Para la delimitación de aquellos recintos demandantes de agua que no tienen respuesta al infrarrojo como son las láminas de agua (estanques, piscinas y fuentes ornamentales) se ha utilizado la técnica de clasificación supervisada con las imágenes de satélite. La clasificación de una imagen consiste en la asignación más o menos automática de cada uno de los píxeles a una serie de categorías o grupos discretos. Esta asignación en clases se basa fundamentalmente en análisis cuantitativos de los valores contenidos en cada píxel, tomando como base teórica los propios de la estadística. Este proceso requiere una fase previa de entrenamiento, el proceso de clasificación propiamente dicho, y una comprobación y verificación posterior. Base de datos geográfica Todos los resultados y su representación geográfica se han incorporado al sistema de información geográfica de Canal de Isabel II GAUDY, con lo que las diferentes áreas de la Empresa pueden acceder a los estudios y resultados obtenidos en este trabajo.

Estimación de la demanda de agua Figura d. Elemento de cartografía digital procesada e incorporada al SIG de Canal de Isabel II GAUDY

Se han evaluado las necesidades hídricas de las plantas mediante el estudio del balance hídrico, en función de la climatología y de los diferentes tipos de cultivo considerados: césped, forestal y zonas arbustivas tipo isleta. El cálculo de la evapotranspiración de referencia (ETo) se ha realizado por los métodos de FAO-Hargreaves y Thornwaite, adoptándose el valor promedio de ambos. En la tabla a se resumen los valores calculados, para un año de climatología media y para los extremos seco y húmedo. Tabla a. Necesidades hídricas para un año de climatología seca, media y húmeda Tipo de recinto

Necesidades brutas (m³/ ha año) Año seco

Año medio

Año húmedo

Zonas verdes tipo césped

9.515

7.725

3.455

Zonas verdes tipo isleta

2.860

2.035

760

400

400

400

Zonas verdes tipo forestal

Es preciso subrayar que estos valores corresponden, estrictamente, a las necesidades hídricas de las plantas, sin considerar sobrerriego, que en muchos casos puede alcanzar entre un 50 y un 100 por ciento de las necesidades mínimas de riego. Para las piscinas se ha supuesto una profundidad media de 1,60 metros, con un llenado al año y un consumo, por pérdidas y evaporación, de un metro cúbico de agua por metro cuadrado de superficie. En las duchas asociadas a piscinas se han considerado 1,20 metros cúbicos por metro cuadrado, que equivale a un gasto de 12 litros diarios (una ducha de un minuto de duración) durante 100 días al año. El nivel de detalle alcanzado es el de la parcela catastral. Además, se han establecido atributos referidos a otras entidades geográficas como el municipio o sector del nomenclátor del IECM y operativas (punto de acometida de suministro de agua). Es posible obtener informes y mapas temáticos para presentar información:

• Agregada a nivel de municipio, distrito, sector u otra entidad del Nomenclátor • Clasificados por la naturaleza de la propiedad, en recintos públicos y privados • Agregados por la categorización de cada clase de recintos, así las zonas verdes se han categorizado en zonas de césped, zonas forestales, zonas verdes de isletas y las láminas de agua en estanques, fuentes ornamentales y piscinas

• Parques y campos de golf

Principales resultados de evaluación de la demanda de agua en usos de exterior De todas las técnicas ensayadas, lógicamente, con la que mejor precisión se obtiene es mediante fotointerpretación de ortofotos de vuelos fotogramétricos, con ayuda de la cartografía digital, si bien el periodo de actualización es notablemente mayor que en el caso de imágenes de satélite. Mediante fotointerpretación se han obtenido resultados en los trabajos realizados durante 2005 y 2007, utilizando los vuelos de 2003 y 2006, respectivamente y que se resumen en la tabla b.

Tabla b. Evaluación de la demanda de agua en usos de exterior, estimada a partir de fotointerpretación de ortofotos de vuelos fotogramétricos 2005 Titularidad pública Usos del agua

Superficie

d) Los resultados brutos obtenidos por teledetección deben pasar por un proceso de filtrado a fin de discriminar la vegetación que crece de forma espontánea, de la que se produce en zonas urbanizadas mediante aporte de riego

2007 Titularidad privada

Titularidad pública

Titularidad privada

Demanda Demanda Demanda Demanda anual Superficie anual Superficie anual Superficie anual estimada estimada estimada estimada

(ha)

(hm 3 )

(ha)

(hm 3 )

(ha)

(hm 3 )

(ha)

(hm 3 )

Césped

2.370

19,62

7.320

60,61

2.986,00

24,73

7.973

66,02

Forestal

4.516

1,81

5.978

2,39

4.988,00

2,00

5.440

2,18

160

0,34

0

0,00

310,00

0,66

0

0,00

Piscinas

16

0,62

376

14,28

16,00

0,61

413

15,71

Estanques

62

0,43

34

0,24

109,71

0,77

60

0,42

3

0,03

0

0,00

5,00

0,05

0

0,00

10.888

13,61

0

0,00

n/d

n/d

n/d

n/d

Isletas

Fuentes ornamentales Viales

e) Se ha podido establecer un rango de fechas (julio-agosto) en los cuales los datos tomados mediante satélite son más útiles para la detección de zonas verdes urbanas con necesidades de riego. A la hora de evaluar distintas alternativas de adquisición de imágenes de satélite, deberá tenerse en cuenta además de su coste, calidad y precisión, la factibilidad de obtener escenas que cubran la totalidad de la Comunidad de Madrid en esa época del año Líneas de investigación abiertas Las experiencias adquiridas durante la realización de estos trabajos han permitido identificar otras líneas de investigación para extender este tipo de técnicas a otros ámbitos de interés para Canal de Isabel II: a) El seguimiento de la consolidación del desarrollo urbanístico, de cara a una proyección más ajustada de la evolución de la demanda en escenarios de futuro y planificación del desarrollo y ampliación de las infraestructuras estratégicas de abastecimiento b) La utilización de sensores hiperespectrales, láser y otros, de reciente aparición, que abren nuevas perspectivas para la observación y modelización detallada del uso del territorio y desarrollo de zonas urbanas

El número total de piscinas identificadas fue de 86.079 en 2005 y 86.134 en 2007, con un volumen estimado de 6,27 y 6,87 hectómetros cúbicos respectivamente (considerando una profundidad media de 1,60 metros). La demanda total para usos de exterior calculada con los datos más recientes (2007) en el total de la Comunidad de Madrid es de 126,76 hectómetros cúbicos al año. Considerando un coeficiente de sobrerriego de entre 1,5 y 2,0 para las zonas verdes, el consumo total de agua en estos usos en la Comunidad de Madrid podría alcanzar los 188 hectómetros cúbicos anuales. El incremento de la demanda potencial ha sido del 11 por ciento en tres años. Las imágenes de satélite correspondientes a los años de sequía 2005 – 2006 no revelan que en las zonas urbanas se haya producido un descenso en cuanto al vigor de la vegetación, habiendo aumentado esta respuesta en 21.300 hectáreas, frente a las 6.085 hectáreas donde se presenta descenso. En áreas no urbanas se aprecia una cierta reducción de la vegetación en las vegas de los ríos Jarama y Tajo, en el sureste de la Comunidad de Madrid y en la zona norte del municipio de Alcalá de Henares. Conclusiones del trabajo Las principales conclusiones de este trabajo para Canal de Isabel II han sido: a) Se ha establecido una metodología para la evaluación de la demanda de agua para usos de exterior utilizando diversas fuentes de información, con distinta precisión, coste y periodos de actualización b) Es posible calcular con cierta precisión las áreas y demandas de agua sin realizar trabajo de campo c) La metodología de teledetección analizada se considera válida para el estudio del uso de agua en exterior, permitiendo actualizaciones de periodicidad anual o inferior

Figura e. Técnicas de observación y modelización detallada, basadas en la utilización de sensores hiperespectrales y láser

Í NDI C E D E CON T E N ID OS

1. INTRODUCCIÓN página 22

7. ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA página 70

2. OBJETIVOS página 28

7.1. Cálculo de las necesidades hídricas de las zonas verdes 7.2. Consumo anual de piscinas, estanques y fuentes

3. SISTEMÁTICA GENERAL PARA LA EVALUACIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA EN USOS DE EXTERIOR página 32 4. FUENTES DE INFORMACIÓN DIGITAL página 36 4.1. Cartografía digital 4.2. Ortofotografías digitales 4.3. Imágenes de satélite 4.4. Fuentes de información corporativas 4.5. Otras fuentes de información 4.6. Análisis de costes de las diferentes fuentes de imágenes digitales 5. TÉCNICAS UTILIZADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE RECINTOS DEMANDANTES DE AGUA PARA USO EXTERIOR página 44 5.1. Generación de recintos mediante fotointerpretación 5.2. Generación de recintos mediante índices de vegetación 5.3. Generación de recintos mediante clasificación supervisada 6. BASE DE DATOS GEOGRÁFICA DE RECINTOS DE USOS DE AGUA EN EXTERIOR página 62 6.1. Actualización de la base de datos usos de agua en exterior 6.2. Asociación de información alfanumérica a los recintos gráficos

8. RESULTADOS OBTENIDOS página 76 8.1. Resultados usando fotointerpretación 8.2. Resultados usando teledetección. Índices de vegetación 8.3. Resultados usando teledetección. Clasificación supervisada láminas de agua 8.4. Comparativa de resultados obtenidos mediante SPOT-5 y Quickbird 9. CONCLUSIONES página 98 9.1. Ciclo interanual de cálculo de la demanda 9.2. Estudio coste/calidad de la Prognosis 9.3. Líneas de investigación abiertas 10. ANEXOS página 104 Anexo 1. Resultados de fotointerpretación agregados por municipio Anexo 2. Cálculo de las necesidades hídricas de las zonas verdes Anexo 3. Índice de figuras Anexo 4. Índice de tablas Anexo 5. Bibliografía

1

Introducción

1. Introducción

Siguiendo la línea de investigación de aseguramiento del equilibrio disponibilidades/demandas del Plan de I+D+i de Canal de Isabel II, se han desarrollado diversos proyectos cuyo objetivo se centra en el conocimiento de las pautas de consumo de agua en distintos ámbitos sectoriales: doméstico, comercial, industrial o institucional y territoriales, y de evaluación de las demandas potenciales en diversos horizontes temporales. La utilización de agua en usos de exterior en el ámbito urbano representa una proporción significativa del agua potable suministrada. Datos de la Agencia de Protección Ambiental de EEUU (EPA) cifran el uso de agua en riegos de jardines en un tercio del total de agua para uso residencial. En nuestro país, sin disponer de cifras concretas, también puede suponerse una importancia notable y creciente de este tipo de uso, relacionado con el incremento del nivel de vida y una mayor preeminencia de los aspectos recreativos, paisajísticos y ornamentales en el uso del agua.

Para ello, las técnicas de fotointerpretación y de análisis de imágenes de vuelos fotogramétricos, o las obtenidas por satélites de observación de la Tierra se han demostrado efectivas en la detección y medición de dichas zonas. Además, la disponibilidad de imágenes multiespectrales y la posibilidad de analizar las distintas bandas permite obtener una información que no es posible apreciar mediante una simple observación visual: por ejemplo, la banda de infrarrojo, permite categorizar las zonas verdes por el vigor de la vegetación, que en cierta medida se puede relacionar con el aporte de agua habido o necesario.

Figura 1. Ortofotografía correspondiente a un vuelo fotogramétrico en la Comunidad de Madrid en el año 1999

Los usos de agua en exterior se refieren principalmente al riego de parques y jardines, tanto públicos como privados, el llenado y mantenimiento de piscinas, estanques y fuentes ornamentales y al baldeo y limpieza de las vías públicas. Las zonas deportivas y particularmente los campos de golf, están adquiriendo mayor relevancia en los últimos tiempos, si bien estos últimos, en la Comunidad de Madrid no utilizan agua potable para el riego. El interés por la cuantificación del agua empleada en usos de exterior no deriva solamente de su importancia relativa, sino también de las posibilidades de mejorar la eficiencia en este tipo de aplicaciones. Es sabido que buena parte del agua utilizada en riegos se pierde por evaporación, viento o vertido debido al sobrerriego. Además, la mayor parte de estos usos podría atenderse con agua de inferior calidad (agua reciclada, no potable), por lo que la información sobre su cuantía y distribución temporal y geográfica es esencial para la implantación eficaz de un plan de utilización de agua regenerada. La utilización de agua en usos de exterior en la Comunidad de Madrid, en especial en los espacios públicos, no siempre está controlada, ya que en muchos casos, los servicios municipales, debido a distintos convenios con los ayuntamientos, no son susceptibles de facturación y en otros casos, la facturación se hace por estimación. Tampoco es descartable la utilización fraudulenta de las bocas de riego o incendio situadas en la vía pública. Sin menoscabo de la información directa que puedan proporcionar los distintos sistemas de medida de caudales de agua suministrados, existe la posibilidad de determinar en la realidad, con cierta exactitud, mediante diferentes técnicas de observación del territorio, las posibles zonas urbanas consumidoras de agua, ya sea para riego de zonas verdes o para el llenado de estanques, piscinas y fuentes ornamentales.

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Fotografía cedida por la Consejería de Obras Públicas, Urbanismo y Transportes de la Comunidad de Madrid

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1. Introducción

En este documento se resumen los proyectos realizados por Canal de Isabel II para la evaluación de los usos de agua en exterior en la Comunidad de Madrid en los que se han ensayado diversas fuentes de información y métodos de análisis. Estos trabajos se iniciaron en 2003, en que se realizó un inventario georreferenciado de las piscinas y zonas verdes públicas y privadas de la región, tomando como base la cartografía digital (escala 1:5000) de la Consejería de Obras Públicas, Urbanismo y Transportes de la Comunidad de Madrid entonces disponible y que correspondía a un vuelo fotogramétrico de 1999. Se utilizaron para este trabajo técnicas propias de los Sistemas de Información Geográficos (SIG) complementadas con fotointerpretación de las ortofotos aéreas. Con la publicación por la Comunidad de Madrid en 2005 de la cartografía de Geomadrid, a mayor escala (1:1000) y basada en el vuelo de 2003, se procedió a la actualización de dicho inventario, obteniendo una información más detallada y reciente. A partir de esas fechas, la Comunidad de Madrid viene realizando aproximadamente con periodicidad bienal vuelos fotogramétricos que cubren toda la región. Sin embargo, la producción de cartografía digital a partir de estos vuelos es un proceso laborioso que normalmente requiere varios años para su completa realización, periodo que se ve sobrepasado por el dinamismo que el desarrollo urbano adquiere en nuestra Comunidad. Por ello, durante 2007-2008 se procedió a una actualización de la información relativa a zonas verdes y láminas de agua, mediante fotointerpretación de las imágenes del vuelo de 2006, realizando el mapa de cambios en relación con la cartografía existente. A la vez, se abordó un proyecto de análisis de la viabilidad de utilización de imágenes de satélite para una actualización más frecuente de la información mediante técnicas de teledetección.

• En el capítulo 6 se describe, de forma resumida, la base de datos de usos de agua para exterior, así como los métodos de incorporación de información y actualización de la misma

• En el capítulo 7 se describen las técnicas de cálculo de la demanda de agua • En el capítulo 8 se detallan los principales resultados de los trabajos • Por último, en el capítulo 9 se mencionan las principales conclusiones de los trabajos y las líneas de investigación que quedan abiertas

• En el anexo 1 se presentan los resultados detallados obtenidos por municipios • El anexo 2 describe en más detalle la metodología de cálculo de necesidades hídricas de las plantas • En el anexo 5 se acompaña una relación de referencias bibliográficas

Este último proyecto se concretó en un estudio piloto realizado sobre el municipio de Rivas Vaciamadrid con imágenes satelitales de muy alta resolución (Quickbird) y un análisis sobre toda la Comunidad de Madrid, con imágenes de resolución media (SPOT5) con el que se pretendía evaluar los efectos de la sequía de los años 2005–2006 sobre las zonas verdes urbanas y no urbanas mediante comparación de imágenes obtenidas en los veranos de estos años. En los siguientes capítulos se describen las diferentes técnicas utilizadas, resultados alcanzados y una evaluación de la precisión, coste y disponibilidad de las distintas fuentes de información. El documento está organizado como sigue:

• Resumen ejecutivo: al principio del documento • El capítulo 1 es esta introducción • En el capítulo 2 se exponen los objetivos del proyecto • En el capítulo 3 se define una sistemática general para la evaluación de los usos de exterior • En el capítulo 4 se detallan las fuentes de información utilizadas • En el capítulo 5 se desarrollan las técnicas de teledetección utilizadas comparando su adecuación

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27

2

Objetivos

2. Objetivos

El presente trabajo y sus actividades se han enfocado a cubrir los siguientes objetivos: a. Disponer de información actualizada sobre la demanda de agua para uso de exterior en la Comunidad de Madrid, con el mayor detalle posible. Se entiende por uso de exterior la utilización de agua para riego de zonas verdes, llenado y mantenimiento de piscinas, estanques y fuentes, ya sean públicas o privadas y el baldeo de viales b. Definir una sistemática periódica que permita seleccionar las fuentes de información más adecuadas en función de disponibilidad, precisión y coste c. Establecer los mecanismos y procesos necesarios, para que la información recopilada pueda ser integrada en el sistema de información geográfica corporativo de Canal de Isabel II

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31

3

Sistemática general para la evaluación de la demanda de agua en usos de exterior

3. Sistemática general para la evaluación de la demanda de agua en usos de exterior

En la figura 2 se resume el procedimiento general del cálculo de la demanda de agua para uso exterior independientemente de las técnicas utilizadas para su determinación:

Figura 2. Procedimiento general del cálculo de la demanda de agua para uso exterior

Análisis coste / precisión de datos (Análisis alternativas)

Cartografía topográfica CAD ortofotografías

Adquisición de datos

Escenas de satélite

Conversión y proyección de información vectorial CAD a geográfica SIG

Normalización y tratamiento de datos

Correcciones geométricas y radiométricas

Verificación y asignación de datos por fotointerpretación

Determinación y clasificación recintos demandantes de agua para uso exterior

La transformación de la información bruta a un formato utilizable por un GIS es diferente en el caso de información cartográfica digital que en el de imágenes de satélite. Estas últimas requieren un proceso de ortorrectificación, normalización geométrica y radiométrica y fusión si se utilizan escenas de diferente resolución para una misma área. El siguiente paso es la delimitación de los recintos con demanda de agua, que en la cartografía pueden estar ya definidos por el proceso de fotointerpretación realizado durante su elaboración. Puede ser preciso utilizar de nuevo la fotointerpretación para verificar la información o para clasificar con más detalle estos recintos (por ejemplo si se trata de zonas verdes de césped, arbustivas, forestales, etc.). En el caso de imágenes de satélite, la delimitación de estos espacios se realiza mediante procesos semiautomáticos (clasificación supervisada) que utilizan técnicas estadísticas basadas en la información proporcionada por las distintas bandas espectrales de la imagen.

Búsqueda de fuentes de información disponibles

Selección de elementos en cartografías topográficas

El proceso comienza con el análisis de la información disponible y elección de la más adecuada a los objetivos perseguidos, por precisión, grado de actualización y coste.

En ambos casos, el resultado es una base de datos geográfica en la que quedan representados los recintos identificados como demandantes de agua, a los que se asigna una determinada clasificación: zona verde de césped, zona forestal, piscina, estanque, etc. Mediante procedimientos propios del SIG será posible cruzar esta información con otro tipo de información geográfica: parcela catastral, municipio, distrito, barrio, punto de suministro de agua, etc. El cálculo de la demanda de agua de cada recinto se realiza según su superficie y el tipo que se le ha asignado al clasificarlo.

Determinación de zonas verdes por índice de vegetación (IVR)

Láminas de agua y máscaras por clasificación supervisada

Actualización de la base de datos de demanda de agua de uso exterior

Cálculo de demandas de agua según superficie y tipo de recinto

Generación de informes y mapas

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35

4

Fuentes de información digital

4. Fuentes de información digital

La información geográfica para la estimación de la demanda puede ser muy variada. Así, la selección de las diferentes fuentes se relaciona directamente con su coste y precisión. Atendiendo a los criterios de innovación definidos por Canal de Isabel II para este proyecto se han seleccionado las fuentes de información geográfica más actualizadas y disponibles en la Comunidad de Madrid.

Figura 3. Zonas con ortofotografías disponibles (malla o vuelo). Malla E: 1 : 2.000, años 2003 y 2006

Asimismo, se han adquirido diferentes escenas de satélite que han permitido comprobar su bondad como fuente de información alternativa de la sistemática. En los siguientes epígrafes se describen las informaciones utilizadas.

4.1. Cartografía digital 4.1.1. Cartografía topográfica

Malla 2003

Se ha utilizado cartografía digital a escala 1:1000 de todas las zonas urbanas. Dicha cartografía fue producida por la Comunidad de Madrid a partir del año 2003. En dicha cartografía era posible diferenciar y estructurar las entidades que representaban recintos demandantes de agua, esto es, zonas verdes de césped y arbolado, piscinas, estanques y fuentes ornamentales.

4.1.2. Cartografía catastral Se ha utilizado la última revisión de la cartografía catastral urbana de los distintos municipios de la Comunidad de Madrid para enlazar los recintos identificados en el análisis, con las parcelas catastrales y éstas a su vez, con las acometidas o puntos de suministro de agua.

4.1.3. Callejero geográfico digital Para la asignación de las divisiones administrativas oficiales en los cálculos realizados se ha utilizado la última versión disponible del callejero de la Comunidad de Madrid que se publica en Internet con el nombre de NOMECALLES.

4.2. Ortofotografías digitales Asimismo, como fuente de comprobación y posteriormente de actualización se han utilizado vuelos fotogramétricos y ortofotografías digitales a escala 1:2.000 de los años 2003 y 2006. Dicha información ha permitido actualizar la base de datos de recintos demandantes de agua mediante la fotointerpretación asistida de los recintos nuevos y/o modificados.

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Malla 2006

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4. Fuentes de información digital

Tabla 1. Análisis de disponibilidad y adecuación de la imaginería de satélite que se puede adquirir en el mercado Figura 4. Ortofotografías - vuelo - 2003 y 20061

Sensores

Tamaño Resolución Altitud Inclinación de la (m) (m) (grados) escena (km)

QUICKBIRD IKONOS 2

Vuelo 2003

ORBIEW 3 SPOT 1 SPOT 2 SPOT 3

SPOT 4

SPOT 5 IRSI D

Vuelo 2006

LANSDAT 5

LANSDAT 7

CBERS

40

Instrumentos / Sensores

Bandas espectrales

0,7

450

98,0

16,5x16,5

1a4

93,40

Pancromático

Pan

2,8

450

98,0

16,5x16,5

1a4

93,40

Multiespectral

RGB y Infrarrojo cercano

1,0

680

98,1

13x13

2,9

98,00

Pancromático

Pan

4,0

680

98,1

13x13

1,5

98,00

Multiespectral

RGB y Infrarrojo cercano

1,0

470

97,0

8x8